JP2000077300A

JP2000077300A - 投影露光装置及び位置検出方法

Info

Publication number: JP2000077300A
Application number: JP10244146A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Ishii; 勇樹石井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】露光条件が変わっても、計測時にマスク変更す
ることなく、迅速かつ正確に投影像の像位置を検出可能
な投影露光装置及び位置検出方法を提供する。【解決手段】光源２からの照明光ＩＬによってレチクル
パターンＲＰが投影光学系１を介してセンサパターンＳ
Ｐ上に投影された投影像の光量を、照明条件毎の焦点位
置を計測する。各照明条件毎に計測された焦点位置と基
準照明条件で計測された焦点位置との差を、各照明条件
に対応するオフセット値として主制御系１００に記憶す
る。次に、露光用照明光とは異なる計測用照明光を用い
たＦＣ計測による焦点位置の計測値に、実露光時におけ
る照明条件に対応した前記オフセット値を加えることに
より、前記ＦＣ計測による焦点位置の計測値を補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体集
積回路等の製造過程のフォトリソグラフィ工程で使用さ
れる投影露光装置、及び同装置における位置検出方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、撮像素子又
は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するため
のフォトリソグラフィ工程で使用される投影露光装置に
おいては、マスクに形成された線幅の微細な回路パター
ンが高解像力の投影光学系を介して感光基板（レジスト
層を塗布したウエハ等）に投影転写される。

【０００３】そのため、投影露光装置では最適な露光条
件を得るべく、マスクパターンの投影像面（投影光学系
の結像面）と感光基板の表面とを合致させる焦点合わせ
及びレベリング作業が必須となっている。一般に投影露
光装置は、投影光学系の投影視野内の複数点でそれぞれ
投影光学系の光軸方向に関する感光基板の位置、即ち所
定の基準面と感光基板の表面との位置偏差を検出する斜
入射光方式のＡＦセンサが設けられ、この検出結果に応
じて感光基板を移動することで焦点合わせ及びレベリン
グが行われる。従って、ＡＦセンサの基準面と投影光学
系の結像面とを対応づける、いわゆるＡＦセンサのキャ
リブレーションを行うために、投影光学系の結像面、即
ち投影視野内の複数点の各々における焦点位置を正確に
計測する必要がある。

【０００４】このため、投影露光装置にはＡＦセンサと
は別に焦点検出系が設けられており、例えば特開平８−
８３７５３号公報、又は特開平４−３４８０１９号公報
にその具体的な構成が開示されている。これら公報に開
示された検出方法はフォーカスキャリブレーション（Ｆ
Ｃ）計測と呼ばれ、特に前者の公報には前記ＦＣ計測と
区別されるＡＩＳ（ＡｅｒｉａｌＩｍａｇｅＳｅｎ
ｓｏｒ）計測と呼ばれる空間像の検出系について開示が
されている。このように、焦点位置の検出方法として
は、従来から「ＡＩＳ計測」と「ＦＣ計測」という２つ
の検出方法が知られている。

【０００５】ここで、前者のＡＩＳ計測においては、投
影光学系の物体面側に位置するマスクに形成されたライ
ン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ／Ｓパター
ン）を実際の露光時における照明条件と同一条件で照明
するとともに、前記Ｌ／Ｓパターンの投影像をウエハス
テージ上に設けられた所定形状の開口パターンに投影
し、その投影像を前記開口パターン上でスキャンするこ
とにより当該開口パターンを透過した投影像を検出して
いる。そして、その投影像の光電信号から最適露光条件
となる焦点位置を計測している。従って、ＡＩＳ計測で
は、露光時にマスクに照明光を照射する照明光学系を用
いてＬ／Ｓパターンを照明するので、露光時と計測時と
で照明条件を同一とすることができる。

【０００６】投影露光装置では、例えば形状又は大きさ
が異なる複数の開口絞りをそれぞれ交換して照明光学系
に配置することで、照明光学系内のマスクのパターン面
に対応するフーリエ変換面上での照明光の強度分布を、
マスクのパターンに応じて変更できるようになってい
る。従って、マスクのパターンに応じて照明光の強度分
布、即ち照明条件が変更されても、その変更後にＡＩＳ
計測を行えば、露光時の照明条件のもとで投影光学系の
焦点位置などを正確に計測できる。

【０００７】一方、後者のＦＣ計測においては、次の様
な構成が知られている。即ち、投影光学系の像面側に位
置するウエハステージ上に配置された基準板上に所定形
状のスリットパターンを形成し、基準板の下方から前記
スリットパターンを通して照明光を照射するとともに、
前記スリットパターンの投影像を前記投影光学系を介し
て投影光学系の物体面側に位置するマスクの下面に投影
する。そして、そのマスクのパターン面での反射光を再
び投影光学系を介してスリットパターンに投影し、同パ
ターンを透過した反射像の光強度を光量センサにより検
出している。この検出動作を、前記ウエハステージの投
影光学系に沿う方向の高さ位置をわずかずつ変移させて
繰り返す。

【０００８】ここで、前記スリットパターンの高さ位置
が前記投影光学系の焦点位置に合致したときには、前記
反射像のぼけが最小になって、前記光量センサで計測さ
れる受光量が最大となる。つまり、前記光量センサにお
ける受光量がほぼ最大となる前記ウエハステージの高さ
位置が前記投影光学系の焦点位置として計測される。

【０００９】従って、ＦＣ計測では、ＡＩＳ計測の場合
とは異なり、その計測時点においてＦＣ計測専用マスク
へのマスク変更が不要であるだけでなく、どのようなマ
スクであっても焦点位置検出に影響せず、しかも投影光
学系の投影視野内の任意の点での焦点位置を検出でき
る。即ち、焦点位置検出時にマスク交換作業等が不要の
ため、位置検出時間が短くて済むというメリットがあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した両
位置検出方法では各々以下のような問題があった。ＡＩ
Ｓ計測においては、計測時においてＡＩＳ計測専用のマ
スクを使う必要がある。そのため例えば露光作業を中断
して焦点位置を検出するときには、その度毎にマスクを
ＡＩＳ計測専用マスクに変更する必要があり、生産性の
低下を招いていた。

【００１１】また、実露光時にはマスクに形成されたパ
ターンを正確に基板上に投影するために、通常照明光
（コヒーレントファクタσ大）以外に開口絞りを変更す
ることにより例えばコヒーレントファクタσ小の照明や
輪帯照明などを用いる。しかし、ＦＣ計測においては、
ＦＣ計測用の光源として開口絞りが含まれた照度均一化
照明系に入る前の光源の光の分岐光を計測用照明光とし
て使用するため、実露光光とは異なる場合があり、正確
な焦点位置を検出できなかった。

【００１２】本発明は、かかる事情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、露光時の照明条件が変わっても、
計測時にマスク変更することなく、迅速かつ正確に投影
像の像位置を検出可能な投影露光装置及び位置検出法を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、投影露光装置に係る本願請求項１の発明は、マスク
に露光用照明光を照射する照明光学系と、前記露光用照
明光を基板上に投射する投影光学系とを備えた投影露光
装置において、前記投影光学系の瞳面での光強度分布が
前記露光用照明光の光強度分布と異なる計測用照明光に
よって形成される投影像の位置情報を検出する第１検出
系と、前記投影光学系の瞳面での前記露光用照明光と前
記計測用照明光との光強度分布の差異に応じて、前記検
出された位置情報を補正する補正装置とを備えたことを
要旨としている。従って、本願請求項１の発明において
は、計測用照明光によって形成される投影像の位置情報
が第１検出系により検出されると、その検出結果である
位置情報が前記投影光学系の瞳面での前記露光用照明光
と前記計測用照明光との光強度分布の差異に基づいて補
正装置により補正される。

【００１４】又、本願請求項２の発明は、前記請求項１
の発明において、前記第１検出系は、前記投影光学系の
第１面側に配置される第１パターンに前記計測用照明光
を照射するとともに、前記第１パターンから発生して前
記投影光学系を通過する光を、前記第１パターン、又は
前記投影光学系の第２面側に配置される第２パターンを
介して受光するものであることを要旨としている。従っ
て、本願請求項２の発明においては、請求項１の発明の
作用に加えて、投影光学系の第１面側に配置された第１
パターンの投影像が前記第１パターン又は第２面側に配
置された第２パターンを介して受光されると、その受光
結果に基づく情報が第１検出系の検出結果とされる。

【００１５】又、本願請求項３の発明は、前記請求項２
の発明において、前記第１面は、前記投影光学系の像面
であることを要旨としている。従って、本願請求項３の
発明においては、前記請求項２の発明の作用に加えて、
像面側に配置された第１パターンの投影像が物体面側に
配置した第２パターン又は前記第１パターンを介して受
光されると、その受光結果に基づく情報が第１検出系の
検出結果とされる。

【００１６】又、本願請求項４の発明は、前記請求項１
〜請求項３のうち何れか一項の発明において、前記補正
装置は、前記照明光学系から射出される前記露光用照明
光を検査用パターンに照射するとともに、前記検査用パ
ターンから発生して前記投影光学系を通る光を受光する
第２検出系を有し、前記第２検出系の検出結果に基づい
て前記第１検出系の検出結果を補正することを要旨とし
ている。従って、本願請求項４の発明は、前記請求項１
〜請求項３のうち何れか一項の発明の作用に加えて、露
光用照明光が検査用パターンを照射し、同検査用パター
ンから発生した光が第２検出系に受光されると、その受
光結果に基づく情報が第２検出系の検出結果とされ、そ
の第２検出系の検出結果を用いて第１検出系の検出結果
が補正される。

【００１７】又、本願請求項５の発明は、前記請求項４
の発明において、前記照明光学系内の前記マスクのパタ
ーン面に対するフーリエ変換面上での前記露光用照明光
の光強度分布を変更する照明条件変更装置を更に備え、
前記補正装置は、前記露光用照明光の光強度分布が互い
に異なる複数の照明条件のもとでそれぞれ得られる前記
第２検出系の検出結果の少なくとも１つに基づいて、前
記第１検出系の検出結果を補正することを要旨としてい
る。従って、本願請求項５の発明においては、前記請求
項４の発明の作用に加えて、前記照明条件変更装置によ
り、露光用照明光はフーリエ変換面上での光強度分布が
変更され、その複数の照明条件のもとで得られる前記第
２検出系の検出結果に基づいて、第１検出系の検出結果
が補正される。

【００１８】又、本願請求項６の発明は、前記請求項５
の発明において、前記補正装置は、前記複数の照明条件
毎に対応した照明光に基づく前記光強度分布の各検出結
果について、所定の照明条件に対応した基準照明光に基
づく検出結果と前記基準照明光とは異なる他の照明光に
基づく検出結果との間のオフセット値を記憶する機能を
有していることを要旨としている。従って、本願請求項
６の発明においては、前記請求項５の発明の作用に加え
て、所定の基準照明光に基づく照明条件と他の照明光に
基づく照明条件との間に存在するオフセット値が予め記
憶されており、そのオフセット値に基づき第１検出系の
検出結果が補正される。

【００１９】又、本願請求項７の発明は、前記請求項６
の発明において、前記補正装置は、前記複数の照明条件
毎に対応して記憶した前記各オフセット値のうちから、
前記第１検出系による検出後において実露光に使用され
る照明条件と同じ照明条件に対応するオフセット値を用
いて前記第１検出系の検出結果を補正することにより前
記投影像の像位置を検出するものであることを要旨とし
ている。従って、本願請求項７の発明においては、前記
請求項６の発明の作用に加えて、実露光に使用される露
光光と同じ照明条件に対応するオフセット値が、第１検
出系の検出結果の補正に用いられる。

【００２０】一方、位置検出方法に係る本願請求項８の
発明は、マスク上に形成された所定パターンの像を基板
上に投影する投影光学系を備えた投影露光装置における
位置検出方法において、実露光時における照明条件に対
応した照明光に基づく前記投影光学系の瞳面における光
強度分布と、実露光時における照明条件とは異なる計測
用照明光に基づく前記投影光学系の瞳面における光強度
分布とを各々検出し、両検出結果に基づき前記投影光学
系の光軸方向及び同方向と直交する方向のうち少なくと
も一方向における投影像の像位置を検出するようにした
ことを要旨としている。

【００２１】又、本願請求項９の発明は、マスク上に形
成された所定パターンの像を基板上に投影する投影光学
系を備えた投影露光装置における位置検出方法におい
て、実露光時における各種照明条件毎に対応した照明光
に基づく前記投影光学系の瞳面における各光強度分布を
予め検出するとともに、各検出結果相互間に存在するオ
フセット値を求めておき、前記実露光時における照明条
件とは異なる計測用照明光に基づく前記投影光学系の瞳
面における光強度分布から投影像の像位置に関する計測
値を求め、その計測値に対し前記各オフセット値のうち
から所定のオフセット値を補正して前記投影光学系の光
軸方向及び同方向と直交する方向のうち少なくとも一方
向における投影像の像位置を検出するようにしたことを
要旨としている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明をステップ・アンド
・リピート方式の投影露光装置及び同装置における焦点
の位置の検出方法に具体化した第一実施形態を図１〜図
６に基づいて説明する。なお、図１に示すように、本実
施形態では、投影光学系１の光軸ＡＸに平行な方向にＺ
軸を取り、光軸ＡＸに直行する平面内で図１の紙面に平
行な方向にＸ軸を取り、又、同様に図１の紙面に垂直な
方向にＹ軸を取っている。

【００２３】図１は投影露光装置全体の概略構成を示し
たものであり、同図において、光源２から射出される照
明光ＩＬは、コリメータレンズ、フライアイレンズ、レ
チクルブラインド等からなる照度均一化照明系３により
照度分布がほぼ均一な光束に変換されて、ダイクロイッ
クミラー４に入射されるように構成されている。又、前
記照度均一化照明系３内には、形状又は大きさが異なる
複数の開口絞りが設けられたターレット板ＴＡが照明条
件変更装置として配設されている。そして、図示しない
駆動部によって前記ターレット板ＴＡを回転させること
により、後述するレチクルＲのパターン面に対するフー
リエ変換面上での開口絞りが、通常照明（コヒーレント
ファクタσ大）、小σ照明（コヒーレントファクタσ
小）、又は輪帯照明に変更されるようになっている。そ
して、ダイクロイックミラー４によって垂直下方へ折り
曲げられた照明光ＩＬがマスクとしてのレチクルＲを照
射することにより前記レチクルＲ上に１μｍ単位の線幅
で描画された回路パターンの像が投影光学系１を介して
基板としてのウエハＷ上に投影露光されるようになって
いる。なお、本実施形態における前記光源２には、レー
ザ光（パルス発光光）を発光するエキシマレーザが使用
されている。また、本実施形態の投影露光装置は、ステ
ッピング露光時において前記Ｘ軸方向に沿う＋Ｘ方向へ
ステッピング移動して基板としてのウエハＷ上の各ショ
ット領域に回路パターンを投影露光するものであるが、
図１は投影像位置検出時の状態を示すため、同図におい
てウエハは露光位置に位置していない。

【００２４】前記ダイクロイックミラー４の下方には、
モータ等からなる図示しない駆動系により移動可能とさ
れたレチクルステージ５が設けられている。即ち、レチ
クルステージ５は、前記Ｚ軸方向に微動可能で、且つ、
光軸ＡＸに直交する平面（ＸＹ平面）内でＸ軸方向及び
Ｙ軸方向に移動及び前記Ｚ軸周りに微小回転が可能とさ
れている。レチクルステージ５上には前記レチクルＲが
真空吸着により固定保持され、このレチクルＲ上には前
述した回路パターンＭＰの他に、その回路パターンの周
辺に位置するようにして、図２に示すような検査用パタ
ーンとしてのレチクルパターンＲＰが形成されている。
即ち、このレチクルパターンＲＰがＡＩＳ計測により投
影像の像位置を検出する際の被検出パターンとされる。

【００２５】図２（ａ）はレチクルＲ上に描画された前
記レチクルパターンＲＰとその周辺を示しているもので
あり、同図においてはＲＰ１がＸ方向計測用、ＲＰ２が
Ｙ方向計測用のレチクルパターンを示している。各レチ
クルパターンＲＰ１、ＲＰ２は投影像位置検出時のスキ
ャン方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）へ所定ピッチで等間
隔に並び、且つ、スキャン方向と直交する方向に長い複
数本（本実施形態では５本）のスリット状の透過部をク
ロム膜からなる遮光部の中に形成したＬ／Ｓパターンで
ある。なお、各レチクルパターンＲＰ１、ＲＰ２は、後
述する第１基準板８に形成されたセンサパターンＳＰ
（図２（ｂ）に示す）との対比において、そのスキャン
方向と直交する方向の長さがセンサパターンＳＰのスキ
ャン方向と直交する長さよりも長く形成されている。ま
た、図示しないが、前記レチクルパターンＲＰとして
は、パターンの形成方向による結像位置の差（非点収
差）を考慮して、前記各レチクルパターンＲＰ１、ＲＰ
２をそれぞれ４５°及び１３５°回転させた４５゜及び
１３５゜方向計測用の各パターンも設けられている。

【００２６】また、前記レチクルステージ５の下方に
は、同ステージ５との間に投影光学系１を挟むようにし
てウエハステージ６が移動可能に設けられている。即
ち、ウエハステージ６は前記ＸＹ平面内でＸ軸方向及び
Ｙ軸方向に移動及び前記Ｚ軸周りに微動可能とされてい
る。また、前記ウエハステージ６はモータ等からなる図
示しない駆動系によりＺ軸方向へも移動可能とされてい
る。そして、ウエハステージ６上のウエハホルダ７に前
記ウエハＷが真空吸着保持され、このウエハステージ６
をＺ軸方向へ移動させることにより、ウエハＷの表面と
投影光学系１の結像面とを一致させることができるよう
になっている。

【００２７】また、前記ウエハステージ６上のウエハホ
ルダ７に近接した位置には、図２（ｂ）に示すような形
状のセンサパターンＳＰを開口形成した第１基準板８が
設置されている。各センサパターンＳＰ１、ＳＰ２は、
前記スキャン方向の端部が直線状のエッジとなった正方
形状の透過部をクロム膜からなる遮光部の中に形成して
なる開口パターンである。なお、前記両センサパターン
ＳＰ１、ＳＰ２は、いずれか一方のセンサパターン（Ｓ
Ｐ１又はＳＰ２）により前記各レチクルパターンＲＰ１
等のうち一つのレチクルパターン（例えばＲＰ１）がス
キャンされている間は、他方のセンサパターン（ＳＰ１
又はＳＰ２）の正方形開口内に他の一切のレチクルＲ上
のパターンが掛からないように配置されている。

【００２８】この第１基準板８は、前記照明光ＩＬによ
るレチクルパターンＲＰの照射に基づき投影光学系１を
介してウエハＷ側に投影されるレチクルパターンＲＰの
像を形成する結像光を受光するためのものである。前記
第１基準板８の下部にはセンサパターンＳＰを透過した
結像光をウエハステージ６の外部に設けられた受光セン
サ９に導くためのミラー１０及び光ファイバー１１等か
らなる伝送光学系１２が配置されている。そして、この
第１基準板８の表面はウエハステージ６上に載置された
ウエハＷの表面と同一高さとなるように設定されてい
る。

【００２９】更に、前記第１基準板８に隣接した位置に
は、図３に示すようなスリット状をなす第１パターンと
してのＦＣパターンＦＣＰを開口形成した第２基準板１
３も前記ウエハステージ６の表面と同一高さとなるよう
に設置されている。このＦＣパターンＦＣＰは、第２基
準板１３の下方からの照明光により投影光学系１を介し
てレチクルＲの下面に投影された当該ＦＣパターンＦＣ
Ｐの投影像を再び投影光学系１を介して受光するための
ものである。前記第２基準板１３の下部には前記ＦＣパ
ターンＦＣＰを照射するための照射光を外部から導き、
且つ、前記ＦＣパターンＦＣＰを透過した結像光を受光
し、外部へ導くためのミラー１４及び光ファイバー１５
等が配置されている。前記光ファイバー１５は、ハーフ
ミラー１６を介して光量検出器１７へ前記結像光を導く
経路と、光源２からの照明光を外部より第２基準板１３
の下部へ導く経路とを兼用するように設置されている。

【００３０】前記光源２、受光センサ９、光量検出器１
７、及び不図示の駆動系等を制御可能に接続された主制
御系１００は、ＡＩＳ計測において、基準照明光として
の通常照明（コヒーレントファクタσ大）に対する小σ
照明又は輪帯照明時の検出結果のオフセット値等を記憶
する機能を有する。そして、本実施形態では、前記ＦＣ
パターンＦＣＰと光量検出器１７を含むＦＣ計測系によ
り第１検出系が構成されている。又、前記レチクルパタ
ーンＲＰとセンサパターンＳＰ及び受光センサ９を含む
ＡＩＳ計測系により第２検出系が構成され、この第２検
出系と記憶機能を有する主制御系１００とにより補正装
置が構成されている。次に、本願第１実施形態における
焦点位置の検出について説明する。さて、焦点位置の検
出に際しては、先ず第２検出系としてのＡＩＳ計測系に
より各照明条件毎の焦点位置が計測される。即ち、先
ず、図示しない駆動系によりウエハステージ６を駆動し
て、図１に示すように、ウエハステージ６を投影像位置
検出のための計測開始点に移動させる。即ち、ウエハス
テージ６上の前記第１基準板８を投影光学系１の有効露
光フィールド内に移動させ、前記レチクルパターンＲＰ
の投影像が対応するセンサパターンＳＰ上を通過する位
置へウエハステージ６を合わせる。

【００３１】前記計測開始点へのウエハステージ６の移
動が完了すると、主制御系１００は光源２を発光させ
る。すると、その光源２から照射された照明光ＩＬによ
りレチクルＲ上のレチクルパターンＲＰが照射され、そ
の照射に基づくレチクルパターンＲＰの投影像が前記投
影光学系１を介して第１基準板８に投影される。一方、
前記主制御系１００は前記駆動系へウエハステージ６等
を移動開始するための制御指令を送る。そのため、前記
光源２からの照明光ＩＬによりレチクルパターンＲＰが
照射された状態において、ウエハステージ６等はレチク
ルステージ５に対して相対移動することになる。本実施
形態では、前記制御系１００から駆動系への制御指令
は、ウエハステージ６を＋Ｘ方向（図１において右方
向）へ移動させるための制御指令であったものとして以
下説明する。

【００３２】さて、ウエハステージ６が前記計測開始点
に位置した状態においては、前記光源２から射出された
照明光ＩＬにより図３に示す両レチクルパターンＲＰ
１、ＲＰ２のうちＸ方向計測用のレチクルパターンＲＰ
１が照射される。すると、そのレチクルパターンＲＰ１
の投影像が第１基準板８上の前記センサパターンＳＰ１
近傍付近における遮光部上に投影される。この状態で
は、前記レチクルパターンＲＰ１の各透過部に対応する
結像光は未だセンサパターンＳＰ１の透過部に入射して
いない。そのため、受光センサ９が前記結像光を受光す
ることもなく、従って、受光センサ９から出力される光
電信号の出力値はゼロのままである。なお、本実施形態
では、前記照明光ＩＬによりＹ方向計測用のレチクルパ
ターンＲＰ２が照射されないように、照度均一化照明系
３は図示しない可変視野絞り（レチクルブラインド）を
用いて照明光ＩＬの通過範囲をＸ方向計測用のレチクル
パターンＲＰ１のみを照射するように制限している。

【００３３】そして、その状態から主制御系１００の制
御指令に基づきウエハステージ６が＋Ｘ方向へ移動を開
始すると、前記照明光ＩＬの照射に基づくレチクルパタ
ーンＲＰ１の結像光がセンサパターンＳＰ１の透過部に
入射し始める。即ち、ウエハステージ６の＋Ｘ方向への
移動に伴い、前記レチクルパターンＲＰ１の各透過部の
うち最も＋Ｘ方向側に位置する透過部に入射し、その入
射光量が前記受光センサ９により測定される。そして、
前記ウエハステージ６を＋Ｘ方向に移動させることによ
りレチクルパターンＲＰ１の全ての透過部上でスキャン
すると、そのスキャン時における入射光量が受光センサ
９により積分された光量として測定される。

【００３４】このように、本実施形態では、光源２から
の照射光により形成されるレチクルパターンＲＰ１の投
影像がセンサパターンＳＰを通過して受光センサ９によ
り逐次受光され、その受光量が光電変換されて光強度分
布を表す光電信号が求められる。従って、かかる光電信
号としては、規則的なタイミングでその信号強度が変化
するものを得ることができる。

【００３５】図４（ａ）及び（ｃ）は、前記スキャン時
における受光センサ９からの出力信号Ｉａ、即ち、受光
センサ９が受光した結像光の積算光量に基づく光電信号
の波形を示したものであり、縦軸は受光された結像光の
光強度を表し、横軸はＸ方向の位置ｘを表している。ま
た、図４（ｂ）及び（ｄ）はその出力信号ＩａをＸ方向
の座標位置ｘで微分した信号ｄＩａ／ｄｘの絶対値の波
形を表したものである。ここで、図４（ａ）に示される
ように、前記出力信号Ｉａの数値（光強度）はウエハス
テージ６が＋Ｘ方向へ移動するに従い次第に高くなる。
そして、レチクルパターンＲＰ１の投影像とセンサパタ
ーンＳＰ１の透過部とが一致した位置においてピーク値
となり、その位置から更にウエハステージ６が＋Ｘ方向
へ移動するに従い低くなる階段状の波形を得る。即ち、
レチクルパターンＲＰ１の投影像とセンサパターンＳＰ
１の透過部とが一致した位置においては、レチクルパタ
ーンＲＰ１における全ての透過部に対応する投影像がセ
ンサパターンＳＰ１の透過部を通過するからである。こ
の階段状の波形を微分することにより、図４（ｂ）及び
（ｄ）に示す波形を得る。

【００３６】第１基準板８の表面がベストフォーカス位
置にある時は、図４（ｂ）に示すように、ピーク値Ｃｍ
ａｘが最大となるが、第１基準板８の表面がデフォーカ
ス位置にある時は、図４（ｃ）に示すように出力信号Ｉ
ａ２の階段状波形がなまるので、その微分信号は図４
（ｄ）に示すようにピーク値Ｃ’がＣｍａｘより小さく
なる。従って、以上の計測をウエハステージ６を移動さ
せ、Ｚ軸方向における複数の位置において実施し、各Ｚ
軸位置に対する出力信号Ｉａの微分値のピーク値をプロ
ットすると、図４（ｅ）のようになる。即ち、第１基準
板８の表面がＺ軸上のベストフォーカス位置ＢＦ１にあ
るときは、ピーク値ＣはＣｍａｘとなり、同じくＺ軸上
のデフォーカス位置Ｚ’にあるときは、Ｃｍａｘよりも
小さなＣ’となる。つまり、Ｚ軸上でのベストフォーカ
ス位置ＢＦ１の値が求められる。

【００３７】以上のように、ＡＩＳ計測による焦点検出
を用いて、照明条件の異なる場合にも焦点を検出する。
つまり、前記ターレット板ＴＡを回転させることで得ら
れる各開口絞り、即ち、基準となる照明条件としての通
常照明（コヒーレンスファクタσ大）、小σ照明、輪帯
照明のそれぞれに対し、それらの開口絞りを変更操作す
る毎にＡＩＳ計測により焦点位置を求める。そして、通
常照明、小σ照明及び輪帯照明で得られた各焦点位置及
び通常照明の照明条件での焦点位置に対する他の各照明
条件での焦点位置のオフセット値を前記主制御系１００
において記憶しておく。即ち、通常照明時の焦点位置をＦ（ＡＩＳ）０、小σ照明時の焦点位置をＦ（ＡＩＳ）１、輪帯照明時の焦点位置をＦ（ＡＩＳ）２、とし、その場合の、小σ照明時の通常照明時に対する焦
点位置のオフセット値をｆ（ＡＩＳ）１＝Ｆ（ＡＩＳ）１−Ｆ（ＡＩＳ）０、とし、同じく、輪帯照明時の通常照明時に対する焦点位
置のオフセット値をｆ（ＡＩＳ）２＝Ｆ（ＡＩＳ）２−Ｆ（ＡＩＳ）０、として記憶しておく。

【００３８】以上のようにして、ＡＩＳ計測による焦点
位置の検出が予め行われた上で、第１検出系としてのＦ
Ｃ計測系による焦点位置の検出が行われる。即ち、先
ず、図示しない駆動系により、ウエハステージ６を駆動
して、図５に示すように、ウエハステージ６を投影像位
置検出のための計測開始点に移動させる。即ち、ウエハ
ステージ６上の前記第２基準板１３を投影光学系１の有
効露光フィールド内の所定の位置に移動させる。

【００３９】次に、光源２から射出された照明光が光フ
ァイバ１５を経てＦＣパターンＦＣＰの下部まで導かれ
てその位置から上方に射出される。すると、投影光学系
１を介してレチクルＲの下面に前記ＦＣパターンＦＣＰ
の投影像が第１投影像として形成される。この第１投影
像からの光情報は照明光の光路をさかのぼって投影光学
系１の焦点面に第２投影像として結像する。この時、第
２基準板１３の高さが前記投影光学系１の焦点位置にあ
れば、レチクルＲ下面の前記第１投影像は焦点の合った
像となり、同投影像の反射光に基づく前記第２投影像も
焦点の合った像となる。ここで、前記第２投影像は、前
記ＦＣパターンＦＣＰと同一の形状、寸法、方向である
から、レチクルＲ下面の第１投影像からの光情報は最大
限にＦＣパターンＦＣＰに入射して、その後、光量検出
器１７に達して受光量のピークを与える。

【００４０】一方、前記第２基準板１３の高さが投影光
学系１の焦点位置からずれている場合、レチクルＲ下面
の第１投影像及び第２基準板１３上の第２投影像はぼけ
たものとなる。従って、第２投影像がＦＣパターンＦＣ
Ｐからはみだす分だけ光情報が損なわれてＦＣパターン
ＦＣＰに入射することとなり、光量検出器１７に達する
受光量を低下させる。即ち、ウエハステージ６をＺ方向
に所定量づつ移動させて、各Ｚ位置で前記ＦＣ計測によ
り前記第２投影像に基づく受光量を計測する。この計測
結果は、例えば図６に示すような前記光量検出器１７か
ら出力される出力信号Ｉｅが受光量の変化として表され
る。この前記光量検出器１７の出力信号Ｉｅは前記主制
御系１００に入力され、受光量が最大となるベストフォ
ーカス位置ＢＦ２が焦点位置として算出される。

【００４１】前記第１投影像は、図示しない駆動系を用
いて投影光学系１の視野範囲内で前記第２基準板１３を
走査することにより、レチクルＲ上の任意の場所に移動
でき、それぞれの場所で個別に焦点位置を検出できる。
なお、ＡＩＳ計測の場合とは異なり、レチクルＲはＦＣ
計測のための専用レチクルである必要はなく、通常露光
に用いられるレチクルでよい。従って、このＦＣ計測に
よる焦点位置の検出では、専用レチクルを用いることな
く、投影光学系１の視野範囲内の任意の位置、即ち、レ
チクルＲ上の任意の位置において、焦点位置を検出でき
る。

【００４２】そして、次に、前記ＡＩＳ計測時に記憶し
た照明条件に対応したオフセット量を前記ＦＣ計測で求
めた焦点位置の値に加えることにより、ＦＣ計測による
焦点位置を補正する。即ち、ＦＣ計測による焦点位置
を、次のように、通常照明時の焦点位置をＦ（ＦＣ）０、小σ照明時の焦点位置をＦ（ＦＣ）１、輪帯照明時の焦点位置をＦ（ＦＣ）２、とする。そして、前述のＡＩＳ計測の結果をもとにし
て、ＦＣ計測の検出結果を補正すると、次のように、通
常照明時の焦点位置はＦＦ（ＦＣ）０＝Ｆ（ＡＩＳ）０、小σ照明時の補正された焦点位置はＦＦ（ＦＣ）１＝Ｆ（ＦＣ）１−Ｆ（ＦＣ）０−ｆ（Ａ
ＩＳ）１、輪帯照明時の補正された焦点位置はＦＦ（ＦＣ）２＝Ｆ（ＦＣ）２−Ｆ（ＦＣ）０−ｆ（Ａ
ＩＳ）２、となり、それぞれ補正された焦点位置が得られる。

【００４３】従って、本第１実施形態によれば、以下の
ような効果を奏する。（１）本実施形態の投影露光装置は、ＦＣ計測系とＡＩ
Ｓ計測系という２つの検出系を有する。そして、予め、
ＡＩＳ計測により、通常照明、小σ照明、輪帯照明の各
照明条件下で各照明条件毎の焦点位置Ｆ（ＡＩＳ）０、
Ｆ（ＡＩＳ）１、Ｆ（ＡＩＳ）２を求め、ＡＩＳ計測に
おけるそれら各照明条件間の焦点位置の差をオフセット
値ｆ（ＡＩＳ）１、ｆ（ＡＩＳ）２として主制御系１０
０において記憶しておく。続いて、ＦＣ計測する時に、
その際の照明条件に対応したオフセット値ｆ（ＡＩＳ）
１、ｆ（ＡＩＳ）２をＦＣ計測で検出された各焦点位置
Ｆ（ＦＣ）１、Ｆ（ＦＣ）２に加えることにより、レチ
クル交換することなしにＦＣ計測の検出値を実露光時に
対応するように補正している。

【００４４】従って、照明条件が変わっても、補正後の
焦点位置ＦＦ（ＦＣ）１、ＦＦ（ＦＣ）２でもって焦点
位置の計測をすることができ、迅速かつ正確な位置検出
が可能となる。しかも、前記のように、各オフセット値
ｆ（ＡＩＳ）１、ｆ（ＡＩＳ）２を主制御系１００にお
いて記憶しておくので、ＡＩＳ検出系による焦点位置Ｆ
（ＡＩＳ）０、Ｆ（ＡＩＳ）１、Ｆ（ＡＩＳ）２の検出
作業を照明条件が変わる毎におこなう必要がない。さら
に、前記ＦＣ計測で検出された各焦点位置Ｆ（ＦＣ）
１、Ｆ（ＦＣ）２の補正を、主制御系１００において記
憶されている各オフセット値ｆ（ＡＩＳ）１、ｆ（ＡＩ
Ｓ）２のうちで、実露光に使用される照明条件と同じ照
明条件に対応するオフセット値を利用して行っている。
従って、ＦＣ計測で検出された各焦点位置Ｆ（ＦＣ）
１、Ｆ（ＦＣ）２を、簡単かつ迅速に補正することがで
きる。

【００４５】（２）本実施形態の投影露光装置は、実際
の露光時の照明条件と同じ照明を用いて焦点位置を検出
するＡＩＳ計測系を備え、照明条件が例えば小σ照明又
は輪帯照明の場合でも正確に位置検出ができるので、レ
チクルに形成されたレチクルパターンＲＰが孤立パター
ンや周期性のあるコンタクトパターンの場合でも、正確
な位置検出が可能となる。

【００４６】（３）本実施形態の投影露光装置では、Ａ
ＩＳ計測系の位置検出結果を用いてＦＣ計測系の検出結
果を補正することにより、投影光学系の光軸方向に関す
る正確な位置の検出が可能となる。

【００４７】（４）本実施形態の投影露光装置では、ウ
エハステージ６上の第２基準板１３にＦＣパターンＦＣ
Ｐを形成するようにしたので、設計の自由度を維持する
ことができる。

【００４８】次に、本発明の第２実施形態について図７
及び図８に基づいて説明する。尚、本実施形態において
前記第１実施形態と同一部材構成に関しては第１実施形
態の場合と同一符号を付すことにより重複した説明は省
略することにする。従って、本実施形態では前記第１実
施形態と異なる点を中心に説明する。

【００４９】先ず、本実施形態の構成を説明する。図７
に示すように、レチクルＲの上側には、ハーフミラー３
１が配置され、同ミラー３１を介して照明光ＩＬが投影
光学系１に入射するようになっている。前記レチクルＲ
の下面には、図８（ａ）に示すようなスリット形状の透
過部を有する検査用パターン及び第２パターンとしての
スリットマークＳＭ（ＳＭ１及びＳＭ２よりなる）が形
成されている。また、ウエハステージ６上の表面には、
図８（ａ）に示すような十文字形状の透過部をクロム膜
からなる遮光部の中に形成してなる第１パターンとして
のアライメントパターンＡＭを有する第３基準板３２が
設置されている。

【００５０】前記第３基準板３２の下方には、ミラー３
３、集光レンズ３４、及び光ファイバ３５からなり、前
記アライメントパターンＡＭを透過した光をウエハステ
ージ外部へ導く伝送光学系３６が配置されている。同伝
送光学系３６によりウエハステージ６の外部へ導かれた
光は、ハーフミラー３７及び集光レンズ３８を介して光
量検出器３９に入射し、その光量が検出される。また、
前記伝送光学系３６は、光源２より分岐された照明光を
前記第３基準板３２の下方まで導くためにも用いられ
る。そして、アライメントパターンＡＭの投影像がレチ
クルＲに形成された前記スリットマークＳＭ１を透過す
る光量を検出するために、前記ハーフミラー３１、集光
レンズ４０、及び第２光量検出器４１が設置されてい
る。そして、本実施形態では、前記アライメントパター
ンＡＭとスリットマークＳＭ及び第２光量検出器４１を
含むＩＳＳ計測系により第１検出系が構成されている。
又、前記スリットマークＳＭとアライメントパターンＡ
Ｍ及び光量検出器３９を含むＡＩＳ計測系により第２検
出系が構成され、この第２検出系と前記主制御系１００
により補正装置が構成されている。

【００５１】次に、先ず、本第２実施形態における第２
検出系としてのＡＩＳ計測による位置検出について説明
する。先ず、図示しない駆動系により、ウエハステージ
６を駆動して、図７に示すように、ウエハステージ６を
投影像位置検出のための計測開始点に移動させる。即
ち、ウエハステージ６上の前記第３基準板３２を投影光
学系１の有効露光フィールド内の所定の位置に移動さ
せ、前記スリットマークＳＭ１の投影像が前記アライメ
ントパターンＡＭ上を通過する位置へウエハステージ６
を移動させる。また、ターレット板ＴＡを回転させて開
口絞りを通常照明（コヒーレンスファクタσ大）にセッ
トする。その状態で、前記光源２から射出された照明光
ＩＬにより、レチクルＲの下面に形成されたスリットマ
ークＳＭ１が照射されると、その投影像が第３基準板３
２上の前記アライメントパターンＡＭ上に投影される。
このとき、該スリットマークＳＭ１の像を、ウエハステ
ージ６をＸ方向に移動させることにより、第３基準板３
２上に形成された前記アライメントパターンＡＭ上で走
査させる。このときの光量変化を前記伝送光学系３６を
介して光量検出器３９が受光する。

【００５２】図８（ａ）は、前記第３基準板３２上のア
ライメントパターンＡＭがレチクルＲ上のスリットマー
クＳＭ１を走査する様子を示したものである。また、図
８（ｂ）は、上記の走査による光量変化Ｉｓを示す図で
ある。即ち、図８（ａ）において、アライメントパター
ンＡＭにおけるスリットマークＳＭ１と平行な部分が該
スリットマークＳＭ１と重なったときに、光量検出器３
９の受光する光量が最大となる、この場合、図８（ｂ）
においてＸ軸上のＸＭ１の位置における光量が対応す
る。従って、このときのウエハステージ６のＸ方向にお
ける位置を計測することにより、通常照明時におけるア
ライメントパターンＡＭとスリットマークＳＭ１とが合
致するＸ方向の位置、換言すれば投影光学系１の像面側
でのアライメントパターンＡＭの投影像のＸ方向位置を
求める。即ち、ＡＩＳ計測により照明条件に対応する位
置検出が可能となる。

【００５３】ここで、前記レチクルＲ上には前記スリッ
トマークＳＭ１とは別に、Ｘ方向にその長辺が平行なス
リットマークＳＭ２も形成されており、Ｙ方向において
も同様の位置検出方法により、通常照明時におけるアラ
イメントパターンＡＭとスリットマークＳＭ１とが合致
するＹ方向の位置、即ち投影光学系１の像面側でのアラ
イメントパターンＡＭの投影像のＹ方向位置を求めるこ
とが可能であるが、ここではＸ方向についてのみ説明す
る。

【００５４】以上のような位置検出方法を用いて、照明
条件の異なる場合における位置検出を行う。即ち、開口
絞りを変更して基準となる通常照明、小σ照明、輪帯照
明の各照明条件での、投影光学系１の光軸中心に対する
Ｘ方向位置及び通常照明でのＸ方向位置に対する他の各
照明条件でのＸ方向位置のオフセット値を前記主制御系
１００において記憶しておく。即ち、通常照明時のＸ方向位置をＸＰ（Ａ）０、小σ照明時のＸ方向位置をＸＰ（Ａ）１、輪帯照明時のＸ方向位置をＸＰ（Ａ）２、とし、その場合の、小σ照明時の通常照明時に対するＸ
方向位置のオフセット値をｘｐ（Ａ）１＝ＸＰ（Ａ）１−ＸＰ（Ａ）０、とし、輪帯照明時の通常照明に対するＸ方向位置のオフ
セット値をｘｐ（Ａ）２＝ＸＰ（Ａ）１−ＸＰ（Ａ）０、として主制御系１００に記憶しておく。

【００５５】以上のようにして、ＡＩＳ計測によるＸ方
向及びＹ方向の位置の検出が予め行われた上で、第１検
出系としてのＩＳＳ計測による位置検出が行われる。即
ち、先ず、図示しない駆動系により、ウエハステージ６
を駆動して、図７に示すように、ウエハステージ６を投
影像位置検出のための計測開始点に移動させる。そし
て、ウエハステージ６上の前記第３基準板３２を投影光
学系１の有効露光フィールド内の所定の位置に移動させ
る。また、開口絞りを通常照明（コヒーレンスファクタ
σ大）にセットする。その状態で、光源２から射出され
た照明光ＩＬが、ハーフミラー４２により分割され、集
光レンズ４３、ハーフミラー３７、伝送光学系３６を介
してウエハステージ６内に導かれてミラー３３により前
記第３基準板３２を下方から照射する。すると、前記第
３基準板３２に形成されたアライメントパターンＡＭの
光透過部を透過した光は前記投影光学系１を介して前記
レチクルＲの下面上に前記アライメントパターンＡＭの
投影像を結像する。

【００５６】このとき、該アライメントパターンＡＭの
像を、ウエハステージ６をＸ方向に移動させることによ
り、レチクルＲ上に形成された前記スリットマークＳＭ
１上で走査させる。このときの光量変化は、ハーフミラ
ー３１、集光レンズ４０を介して第２光量検出器４１に
受光され、図８（ｂ）に示す波形Ｉｓが得られる。即
ち、ウエハステージ６がＸ軸上のＸＭ１の位置となった
とき、アライメントパターンＡＭの像のスリットマーク
ＳＭ１と平行な部分が該スリットパターンＳＭ１と重な
り、第２光量検出器４１の受光する光量が最大となる。
従って、このときのウエハステージ６のＸ方向における
位置を計測することにより、通常照明時におけるアライ
メントパターンＡＭとスリットマークＳＭ１とが合致す
るＸ方向の位置、換言すれば投影光学系１の像面側での
アライメントパターンＡＭの投影像のＸ方向位置を求め
る。

【００５７】そして、次に、前記ＡＩＳ計測時に記憶し
た照明条件に対応したオフセット値を前記ＩＳＳ計測で
求めた位置（座標値）に加えることにより、ＩＳＳ計測
による検出位置を補正する。即ち、ＩＳＳ計測による検
出位置を、次のように、通常照明時のＸ方向位置をＸＰ（Ｓ）０、小σ照明時のＸ方向位置をＸＰ（Ｓ）１、輪帯照明時のＸ方向位置をＸＰ（Ｓ）２、とする。そして、前述したオフセット値を用いて、位置
検出結果を補正する。つまり、通常照明時の検出位置
は、ＸＸＰ（Ｓ）０＝ＸＰ（Ｓ）０となり、小σ照明時の検出位置は、ＸＸＰ（Ｓ）１＝ＸＰ（Ｓ）１−ＸＰ（Ｓ）０−ｘｐ
（Ａ）１となり、輪帯照明時の検出位置は、ＸＸＰ（Ｓ）２＝ＸＰ（Ｓ）２−ＸＰ（Ｓ）０−ｘｐ
（Ａ）２となり、それぞれ補正された検出位置が得られる。

【００５８】従って、本実施形態によれば、以下のよう
な効果を奏する。（１）照明条件の違いによる位置検出の差を、予めオフ
セット値として記憶しておくことにより、レチクル交換
することなく検出結果を補正できるので、前記第１実施
形態と同様の効果を奏する。（２）本実施形態の投影露光装置では、投影光学系１の
光軸ＡＸ方向に対し直交する方向に関する正確な位置の
検出が可能となる。

【００５９】なお、本発明に係る投影露光装置及び位置
検出方法は前記各実施形態に記載の態様に限定されるも
のではなく、以下のように変更して具体化してもよい。・前記第１実施形態では、ＡＩＳ計測による焦点位置
検出のためのスキャン時において、ウエハステージ６と
ともにセンサパターンＳＰを＋Ｘ方向へ移動させたが、
計測開始点の位置設定次第では−Ｘ方向へ移動させる構
成としてもよい。即ち、レチクルパターンＲＰの投影像
とセンサパターンＳＰとが相対移動する方向であればよ
い。

【００６０】・前記第１実施形態では、ＡＩＳ計測に
おいて、前記スキャン時においてレチクルパターンＲＰ
の投影像とセンサパターンＳＰとをＸ軸方向に沿って相
対移動させる構成としたが、Ｙ軸方向に沿って相対移動
させる構成としてもよい。この場合には、ウエハステー
ジをＹ軸方向へ移動させると共に、Ｙ軸方向計測用のレ
チクルパターンＲＰ２の各透過部に対応する投影像をセ
ンサパターンＳＰ１上でスキャンさせる。

【００６１】・前記第１実施形態では、ＡＩＳ計測に
おいて、ウエハステージをＸ軸方向に沿って移動させる
ことにより、レチクルパターンＲＰの投影像とセンサパ
ターンＳＰとをＸＹ平面内において相対移動させる構成
としたが、ウエハステージは停止したままでウエハステ
ージ６のみをＺ軸方向へ移動させることにより、レチク
ルパターンＲＰの投影像とセンサパターンＳＰとをＺ軸
方向に沿って相対移動させる構成としてもよい。この場
合には、予めレチクルパターンＲＰとセンサパターンＳ
ＰとがＸＹ方向において一致するようにレチクルステー
ジ５とウエハステージ６とが位置合わせされたＸＹ平面
内での位置を計測開始点としておき、その位置からウエ
ハステージ６をレチクルステージ５に対して相対移動さ
せる。

【００６２】この場合には、レチクルパターンＲＰの投
影像とセンサパターンＳＰとが結像関係になると、即
ち、Ｚステージの移動に伴いセンサパターンＳＰが焦点
位置にくると、レチクルパターンＲＰの透過部を通過し
た結像光束はほぼ全てセンサパターンＳＰの透過を通過
することになり、その時点のＺ軸方向座標位置で受光セ
ンサ１５から出力される信号Ｉ（光電信号）の強度はピ
ークとなる。

【００６３】・前記第１実施形態では、ＡＩＳ計測に
おいて、レチクルパターンＲＰの投影像とセンサパター
ンＳＰとを投影光学系１の光軸ＡＸに直交する平面（Ｘ
Ｙ平面）内でのみ相対移動する構成としたが、これを更
に光軸ＡＸに平行なＺ軸方向へも同時に相対移動する構
成としてもよい。即ち、Ｘ軸方向とＺ軸方向の２方向又
はＹ軸方向とＺ軸方向の２方向へ同時に相対移動する構
成とする。

【００６４】この場合には、図４（ａ）に示す信号波形
における階段状落差が、ウエハステージ６の移動に伴い
センサパターンＳＰが結像位置（焦点位置）に近づくに
従い明瞭になり、その結像位置から離れるに従い不明瞭
になる。また、図４（ｂ）に示す信号波形ではセンサパ
ターンＳＰ１が結像位置（焦点位置）に近づくに従い振
幅が大きくなり、その結像位置から離れるに従い振幅は
小さくなる。これは、センサパターンＳＰが結像位置に
ある時、そのセンサパターンＳＰに掛かった投影像のコ
ントラストは最大となっており、像の存在位置と非存在
位置の区別が明瞭になるのに対して、センサパターンＳ
ＰがＺ軸方向において結像位置からずれているときに
は、前記投影像のコントラストは低下し、像の存在位置
と非存在位置の区別が不明瞭になっていくからである。

【００６５】・また、前記第１実施形態では、ＡＩＳ
計測におけるスキャン時にレチクルパターンＲＰの投影
像とセンサパターンＳＰとをＸＹ平面内において１つの
方向（Ｘ軸方向）へのみ相対移動させる構成としたが、
これをＸＹ平面内において２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ
軸方向）に相対移動させる構成としてもよい。また、こ
の場合において更にＺ軸方向へも相対移動させる構成、
即ち、ＸＹＺ方向という３つの方向へ同時に相対移動さ
せる構成としても可能である。

【００６６】この場合におけるレチクルパターンＲＰ及
びセンサパターンＳＰ２は、４５°及び１３５°方向計
測用の各パターンが使用される。・また、前記第１実施形態では、ＡＩＳ計測において
レチクルパターンＲＰ側は停止状態としてセンサパター
ンＳＰ側のみを相対移動させることによりレチクルパタ
ーンＲＰの投影像とセンサパターンＳＰとを相対移動さ
せたが、センサパターンＳＰ側のみを移動させる構成、
又は両者ＳＰ、ＲＰを同時に異なる方向へ移動させる構
成としてもよい。

【００６７】・また、前記第１実施形態では、ＡＩＳ
計測においてレチクルＲの上方からレチクルパターンＲ
Ｐを照射するとともに、投影光学系１を介してウエハＷ
側に投影されたその投影像を、第１基準板８上のセンサ
パターンＳＰにより受光する構成としたが、レチクルパ
ターンＲＰを照射した照明光束が投影光学系１を介して
その投影像をセンサパターンＳＰ上に投影する構成なら
ば、結像光を受光する構成は上記各実施形態の態様には
限定されない。

【００６８】例えば、前記実施形態における第１基準板
８を反射鏡とし、その第１基準板８により反射された投
影像を再び投影光学系１を介してレチクルＲ側に導き、
レチクルＲを通過した投影像をレチクルＲの上方に設け
た受光センサに入射させる構成としてもよい。また、例
えば、ウエハ側の第１基準板８にスリット状パターンを
形成し、その第１基準板の下方から同パターンを通して
照明光を射出するとともに、投影光学系１を通過した前
記照明光をレチクルＲの像面側に反射させ、再び投影光
学系１を通過させて前記スリット状パターンにて受光す
る構成としてもよい。・前記第１実施形態では、ＦＣ計測において、第１基
準板８上のＦＣパターンＦＣＰの下方から照明光を射出
し、前記ＦＣパターンＦＣＰの投影像を投影光学系１を
介してレチクルＲに投影し、その反射光を再び投影光学
系１を介して前記ＦＣパターンＦＣＰを通過する光量を
検出していた。しかし、これを、第１基準板８上のＦＣ
パターンＦＣＰの下方から照明光を射出し、投影光学系
１を介してレチクルＲを通過した前記ＦＣパターンＦＣ
Ｐの投影像の光量を検出する構成としてもよい。

【００６９】・前記第１実施形態では、ＡＩＳ計測に
おいて、レチクルパターンＲＰをＬ／Ｓパターンにより
構成しているが、ホールパターンや矩形状パターン又は
所定ピッチ間隔で連続する複数のホールパターンにより
構成してもよい。また、センサパターンＳＰについて
も、矩形状の開口パターンには限定されず、ライン・ア
ンド・スペースパターンにて構成するなど、任意に変更
してもよい。

【００７０】・ＦＣ計測において使用されるＦＣパタ
ーンＦＣＰは縦、横、斜めの各パターンを組み合わせた
ものであったが、市松格子パターンやスリットパターン
としてもよい。

【００７１】・前記第１実施形態では、光源２が投影
露光のための露光用光源と焦点位置検出のための照明用
光源とを兼用しているが、露光光と同一波長域の照明光
を射出する光源であれば照明用光源は別途設けてもよ
い。

【００７２】・また、投影光学系１のイメージフィー
ルド内の複数点にそれぞれレチクルパターンＲＰを配置
し、複数点での各点でのＸ方向又はＹ方向に関するレチ
クルパターンＲＰの投影像をＡＩＳ計測で焦点位置検出
をすることにより、投影光学系１の投影倍率やディスト
ーション（歪曲収差）なども求めることができる。さら
に、それら複数点でのＺ方向に関するレチクルパターン
ＲＰの投影像の焦点位置を検出することで、投影光学系
１の焦点位置だけでなく、像面傾斜、像面湾曲、非点収
差なども求めることができる。なお、前述の複数点での
投影像位置を検出するときには、複数のレチクルパター
ンＲＰが形成されたレチクルＲを投影光学系１の物体面
側に配置してもよいし、あるいは少なくとも１つのレチ
クルパターンＲＰが形成されたレチクルＲを、投影光学
系１の物体面側で移動するようにしてもよい。

【００７３】・前記第２実施形態では、第３基準板３
２上のアライメントパターンＡＭとレチクルＲ上のスリ
ットマークＳＭの投影像の相対走査、または、アライメ
ントパターンＡＭの投影像とスリットマークＳＭとの相
対走査は、投影光学系１の光軸ＡＸに関し直交する方向
（Ｘ方向または、Ｙ方向）のみであったが、Ｘ方向また
はＹ方向とＺ方向とを同時に相対走査してもよい。この
場合、焦点位置についても同時に検出可能となる。

【００７４】・ＡＩＳ計測系を備えることなく、実露
光時における各照明条件間のオフセット値を主制御系１
００において記憶させておく構成としてもよい。・前記各実施形態では、通常照明（コヒーレントファ
クタσ大）を基準照明としたが、小σ照明又は輪帯照明
を基準照明として、当該基準照明に対して他の照明時の
オフセット値を求めておいてもよい。

【００７５】・前記各実施形態では、照明条件変更手
段として、形状及び大きさの異なる複数の開口絞りが設
けられたターレット板ＴＡを採用したが、例えば開口絞
りの大きさを変更可能な可変開口絞り、アフォーカル変
倍光学系を採用してもよい。

【００７６】・前記各実施形態は、ステップ・アンド
・リピート式の投影露光装置に具体化したが、本発明は
ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に具体
化してもよい。

【００７７】・また、ステップ・アンド・リピート方
式又はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置
に用いられる露光用照明光は、ＫｒＦエキシマレーザ
（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長１９
３ｎｍ）以外、例えば波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレ
ーザ、又はＹＡＧレーザの高調波、高圧水銀灯から発生
される輝線（ｈ線、ｇ線、ｉ線等）などでもよい。さら
に、露光用照明光として、例えば５〜１５ｎｍ（軟Ｘ線
領域）に発振スペクトルを有するＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍ
ｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）光を用いてもよい。な
お、ＥＵＶ光を使用する投影露光装置は反射マスク上で
の照明領域を円弧スリット状に規定するとともに、複数
の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小投影光学系
を有し、縮小投影光学系の倍率に応じた速度比で反射マ
スクをウエハとを同期移動して反射マスクのパターンを
ウエハ上に転写する。

【００７８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、投影光学系の
瞳面での露光用照明光と計測用照明光との瞳面での光強
度分布の差異に応じて、計測用照明光に基づく第１検出
系の検出結果が補正されるので、露光時の照明条件が変
わっても、計測時にマスク変更することなく、迅速かつ
正確に投影像の像位置を検出できる。

【００７９】請求項２の発明によれば、前記請求項１の
発明の効果に加えて、第１検出系は第１パターンの投影
像、即ち、第１パターンから発生して投影光学系を通過
する結像光を第１パターン又は第２パターンを介して受
光するので、受光器を投影光学系の物体面側又は像面側
に配置することにより正確な位置検出が可能となる。

【００８０】請求項３の発明によれば、前記請求項２の
発明の効果に加えて、第１検出系は、像面側に配置され
た第１パターンの投影像を受光するので、例えば基板を
載置する基板ステージ上に、前記第１パターンを容易に
配置することができる。

【００８１】請求項４の発明によれば、前記請求項１〜
３の何れか一項の発明の効果に加えて、前記補正装置に
おいて、第２検出系の検出結果を用いることで、実際の
露光用照明光に基づく第１検出系の検出結果の補正が可
能となる。

【００８２】請求項５の発明によれば、前記請求項４の
発明の効果に加えて、照明条件変更装置により露光用照
明光の光強度分布が変更された場合でも、第２検出系に
より第１検出系の検出結果を補正できる。

【００８３】請求項６の発明によれば、前記請求項５の
発明の効果に加えて、各照明条件毎の基準照明光に対す
るオフセット値を記憶しておくことができて、第２検出
系による検出作業を照明条件が変わる毎におこなう必要
がない。

【００８４】請求項７の発明によれば、前記請求項６の
発明の効果に加えて、記憶されている基準照明光に対す
るオフセット値のうちで、実露光に使用される照明条件
と同じ照明条件に対応するオフセット値を利用して、簡
単かつ迅速に第１検出系の検出結果を補正することがで
きる。

【００８５】請求項８の発明によれば、前記請求項１の
発明とほぼ同様の効果が奏される。請求項９の発明によ
れば、前記請求項７の発明とほぼ同様の効果が奏され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の投影露光装置の全体を示す概略
構成図。

【図２】（ａ）レチクルパターンを示す説明図。（ｂ）センサパターンを示す説明図。

【図３】ＦＣパターンを示す説明図。

【図４】（ａ）受光センサからの出力信号波形を示す説
明図。（ｂ）受光センサからの出力信号の微分波形を示す説明
図。（ｃ）受光センサからの出力信号波形を示す説明図。（ｄ）受光センサからの出力信号の微分波形を示す説明
図。（ｅ）Ｚ方向位置における微分波形のピーク値を示すグ
ラフ。

【図５】第１実施形態でのＦＣ計測を説明する投影露光
装置の概略構成図。

【図６】受光センサからの出力信号に関する説明図。

【図７】第２実施形態の投影露光装置の全体を示す概略
構成図。

【図８】（ａ）アライメントパターンとスリットマーク
の関係を示す説明図。（ｂ）受光センサの受光変化を示す説明図。

【符号の説明】

１…投影光学系、９…第２検出系及び補正装置の一部を
構成する受光センサ、１７…第１検出系の一部を構成す
る光量検出器、３９…第２検出系及び補正装置の一部を
構成する光量検出器、４１…第１検出系の一部を構成す
る第２光量検出器、１００…補正装置の一部を構成する
主制御系、ＡＭ…第２パターンとしてのアライメントパ
ターン、ＡＸ…投影光学系の光軸、ＦＣＰ…第１パター
ンとしてのＦＣパターン、ＩＬ…照明光、ＳＭ、ＳＭ
１、ＳＭ２…第１パターンとしてのスリットマーク、Ｔ
Ａ…照明条件変更装置としてのターレット板、Ｒ…マス
クとしてのレチクル、ＲＰ、ＲＰ１、ＲＰ２…検査用パ
ターンとしてのレチクルパターン、Ｗ…基板としてのウ
エハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H051 AA10 BA47 BA48 BA70 BA72 CB05 DB01 5F046 BA04 CA04 CB05 CB23 CC01 CC02 CC03 CC05 CC10 DA01 DA14 DB01 DC12 EA02 EA03 EA04 EB02 EB03 EC05 ED03 FA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに露光用照明光を照射する照明光
学系と、前記露光用照明光を基板上に投射する投影光学
系とを備えた投影露光装置において、前記投影光学系の瞳面での光強度分布が前記露光用照明
光の光強度分布と異なる計測用照明光によって形成され
る投影像の位置情報を検出する第１検出系と、前記投影光学系の瞳面での前記露光用照明光と前記計測
用照明光との光強度分布の差異に応じて、前記検出され
た位置情報を補正する補正装置とを備えたことを特徴と
する投影露光装置。
【請求項２】前記第１検出系は、前記投影光学系の第
１面側に配置される第１パターンに前記計測用照明光を
照射するとともに、前記第１パターンから発生して前記
投影光学系を通過する光を、前記第１パターン、又は前
記投影光学系の第２面側に配置される第２パターンを介
して受光するものである請求項１に記載の投影露光装
置。
【請求項３】前記第１面は、前記投影光学系の像面で
ある請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記補正装置は、前記照明光学系から射
出される前記露光用照明光を検査用パターンに照射する
とともに、前記検査用パターンから発生して前記投影光
学系を通る光を受光する第２検出系を有し、前記第２検
出系の検出結果に基づいて前記第１検出系の検出結果を
補正するものである請求項１〜請求項３のうち何れか一
項に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記照明光学系内の前記マスクのパター
ン面に対するフーリエ変換面上での前記露光用照明光の
強度分布を変更する照明条件変更装置を更に備え、前記補正装置は、前記露光用照明光の光強度分布が互い
に異なる複数の照明条件のもとでそれぞれ得られる前記
第２検出系の検出結果の少なくとも１つに基づいて、前
記第１検出系の検出結果を補正するものである請求項４
に記載の投影露光装置。
【請求項６】前記補正装置は、前記複数の照明条件毎
に対応した照明光に基づく前記光強度分布の各検出結果
について、所定の照明条件に対応した基準照明光に基づ
く検出結果と前記基準照明光とは異なる他の照明光に基
づく検出結果との間のオフセット値を記憶する機能を有
している請求項５に記載の投影露光装置。
【請求項７】前記補正装置は、前記複数の照明条件毎
に対応して記憶した前記各オフセット値のうちから、前
記第１検出系による光強度分布の検出後において実露光
に使用される照明条件と同じ照明条件に対応するオフセ
ット値を用いて前記第１検出系の検出結果を補正するこ
とにより前記投影像の位置を検出するものである請求項
６に記載の投影露光装置。
【請求項８】マスク上に形成された所定パターンの像
を基板上に投影する投影光学系を備えた投影露光装置に
おける位置検出方法において、実露光時における照明条件に対応した照明光に基づく前
記投影光学系の瞳面における光強度分布と、実露光時に
おける照明条件とは異なる計測用照明光に基づく前記投
影光学系の瞳面における光強度分布とを各々検出し、両
検出結果に基づき前記投影光学系の光軸方向及び同方向
と直交する方向のうち少なくとも一方向における投影像
の像位置を検出するようにした位置検出方法。
【請求項９】マスク上に形成された所定パターンの像
を基板上に投影する投影光学系を備えた投影露光装置に
おける位置検出方法において、実露光時における各種照明条件毎に対応した照明光に基
づく前記投影光学系の瞳面における各光強度分布を予め
検出するとともに、各検出結果相互間に存在するオフセ
ット値を求めておき、前記実露光時における照明条件と
は異なる計測用照明光に基づく前記投影光学系の瞳面に
おける光強度分布から投影像の像位置に関する計測値を
求め、その計測値に対し前記各オフセット値のうちから
所定のオフセット値を補正して前記投影光学系の光軸方
向及び同方向と直交する方向のうち少なくとも一方向に
おける投影像の像位置を検出するようにした位置検出方
法。